[APM32F4]

APM32的存储器和寄存器

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susutata|  楼主 | 2022-4-14 10:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 susutata 于 2022-4-14 10:05 编辑

APM32的存储器和寄存器



01 存储器分类
在讲APM32的存储器前,我们首先了解下存储器类别,下面是常见的存储器介绍。
存储器.png

## RAM
Random Access Memory,随机存取存储器。是与CPU直接交换数据的内部存储器。它可以随时读写(刷新时除外),而且速度很快,通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储介质。

> 一旦断电所存储的数据将随之丢失。

### SRAMStatic Random-Access Memory,静态随机存取存储器。是RAM的一种,所谓的“静态”,是指这种存储器只要保持通电,里面储存的数据就可以恒常保持。

> 集成度较DRAM低,SRAM一般应用于高速缓存(Level2 Cache)。

### DRAM
Dynamic Random Access Memory,动态随机存取存储器。是RAM的一种,所谓的“动态”,是指这种存储器存储的数据想要保持,就需要周期性地更新里面所储存的数据。

> 集成度较SRAM高,一般应用于内存条中。

## ROM
Read-Only Memory,只读存储器。是一种存储固定信息的存储器,在正常工作状态下只能读取数据,不能即时修改或重新写入数据。

> ROM的最大优点是具有不易失性。

### EEPROM
Electrically Erasable Programmable Read Only Memory,带电可擦可编程只读存储器。是可更改的只读存储器(ROM),其可通过高于普通电压的作用来擦除和重写。

> 常用于存放硬件设置数据,如PC的BIOS。

### OTP
One Time Programmable,一次性可编程存储器。数据写入后,将不可再次更改和清除。

> 常用于写入产品和安全信息。

### FLASH
Flash是一种擦写型存储器。Flash不像RAM一样需要电源支持才能保存,但又像RAM一样可重写。在某个级别的低电压下,Flash的内部信息可读不可写,类似于ROM,而在较高的电压下,其内部信息可以更改和删除,又类似于RAM。

> 1.在单片机应用中,一般用作存储程序代码。
> 2.注意上述这个“块”字,Flash的擦除操作是以block块为单位的,进行操作时需要留意字节和地址等对齐问题。



02 Cortex-M4的存储器映射
Cortex-M4的存储器会用到FLASH和SRAM,片外RAM可能还会涉及DRAM。Cortex-M4提供了4GB的可寻址空间,包括:
  • 代码空间;
  • 片内SRAM;
  • 片内外设;
  • 片外RAM;
  • 片外外设;
  • 系统级空间。

在系统级空间中保护NVIC、SysTick、MPU等。同时在片内SRAM和片内外设空间存在2MB的“位带区”,支持“位带”(bit-band)操作。
存储器映射绘图-Cortex-M4存储器映射.png
额外提一点,Cortex-M4内核支持小端(Little-Endian)模式和大端(Big-Endian)模式,但默认采用小端模式,即字的最低位(LSB)位于低地址字节。

> 建议总线、外设和数据的设计都统一采用小端模式,避免不必要的麻烦。

存储器映射绘图-端模式.png
03 APM32的存储器映射
在讲存储器映射前,先来看下APM32的架构和存储器构成,以下以F407xx系列为例。

## 系统架构讲具体映射之前,我们在系统架构中先了解一个概念。从图中可看到主控总线通过一个总线矩阵来连接被控总线。比如数据从SRAM 到DMA1外设,那么数据在交给总线矩阵后,总线矩阵就会仲裁给DMA1,然后通过DMA1所在的 AHB1 传递过去。
202204131836569.png

> 这里我们只要知道,存储器和外设的数据交互是通过总线的即可。


## 存储器构成
APM32F407xx系列的存储器有:
  • 片内SRAM;
  • 片内Flash。


## 存储器映射
什么叫存储器映射呢?存储器本身并不具备地址信息,那么CPU要准确找到存储某个信息的存储单元,就必须为这些单元分配一个相互可区分的标识,这个标识就是常说的地址编码。

而APM32中集成多种存储器,同一类型的存储器当作一组block,为每一个block分配一个数值连续,存储单元数相等,以16进制表示的自然数集合作为存储器Block的地址编码。这种自然数集合与存储器Block的对应关系就是存储器映射

> 将芯片理论上的地址分配给存储器,这就叫作存储器映射。

202204131839901.png


### SRAM
APM32F407xx系列拥有最多高达196KB的SRAM,包括4KB的备份SRAM(电池备份区)和192KB的系统SRAM。系统SRAM可按字节、半字(16bit)或全字(32bit)访问。读写操作以CPU速度执行,且等待周期为0。系统SRAM共分为三个块:

  • 映射在地址0x2000 0000到0x2001 FFFF的112KB和16KB块,可供所有AHB主控总线访问;
  • 映射在地址0x1000 0000到0x1000 FFFF的64KB块,只能提供给CPU通过数据总线访问。


### FLASH
APM32F407xx系列拥有最多高达1MB的Flash容量,支持的操作:

  • 128位宽数据读取;
  • 字节、半字、字和双字数据写入;
  • 扇区擦除和全部擦除。

Flash的结构:
  • 主存储器包括4个16KB扇区、1个64KB扇区和7个128KB扇区。
  • 系统存储器30KB大小,系统bootloader时从该存储器启动。
  • OTP存储器512字节的OTP,只能一次性编程(写0),用于存储用户数据。另外有16字节,用于锁定对应的OTP数据块。
  • 选项字节用于配置读写保护、BOR级别、软硬件看门狗以及器件处于待机或停止模式下的复位。

202204131841101.png


## 存储器重映射

通常MCU启动都是从0x0000 0000地址处开始,但是MCU为了支持不同的存储介质(FLASH、SRAM等),不同的存储介质被分配到了一个非0地址区域。如果想让MCU从不同存储介质处启动(运行程序),就要进行重映射。

> 单片机的启动也可以叫做“自举”(bootstrap)。

而通过配置单片机的启动模式,我们可以:
  • 进行系统bootloader(ISP);
  • 让程序代码在RAM(执行速度快)中先进行调试,待调试完成后再写入Flash中

### 启动模式和重映射
APM32F4xx系列中,可通过BOOT[1:0]引脚这种硬件机制来选择不同的启动模式。
202204140826473.png

也可以通过SYSCFG的存储映射选择寄存器(SYSCFG_MMSEL)来配置存储器重映射。

例如自举模式选择主Flash作为自举空间,那么0x0800 0000 - 0x080F FFFF这段存储空间就被重映射到0x0000 0000地址开始的代码空间中。

> APM32的存储器采用固定的存储器映射,代码区域起始地址为 0x0000 0000,而数据区域起始地址为 0x2000 0000。

04 APM32的寄存器映射
什么叫寄存器映射?

存储器映射章节中,我们知道APM32F407xx大部分外设都在0x4000 0000  - 0xA000 0FFF地址中,这些地址以四个字节为一个单元,共32bit。每一个单元对应不同的功能,当我们控制这些单元时就可以驱动相应外设工作。我们可以通过找到每个单元的起始地址,然后通过指针的操作方式来访问这些单元。

但如果每次访问都是通过这种地址的方式,不仅不好操作还容易出错,这时可以根据每个单元功能的差异,以功能为名给这个内存地址单元取一个别名,这个别名就是常说的寄存器。这个给已经分配好地址的、有特定功能的内存单元取别名的过程就叫寄存器映射。

下表是APM32F407xx的寄存器映射。
202204140832865.png
202204140833840.png
202204140833759.png
202204140834434.png
下面举一个操作GPIOC数据输出寄存器的例子。

> 由总线地址映射表得知,GPIOC外设挂在AHB1总线。

实现的代码:

/** 外设基地址*/
#define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000)
/** AHB1的地址*/
#define AHB1PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x00020000)
/** GPIOC的地址*/
#define GPIOC_BASE            (AHB1PERIPH_BASE + 0x0800)

#define GPIOC                ((GPIO_T *) GPIOC_BASE)

/** GPIOx 寄存器*/
typedef struct
{
    union
    {
        __IOM uint32_t MODE;    /*!< Address offset: 0x00      */

        struct
        {
            ...           
        } MODE_B;

    };

    union
    {
        __IO uint32_t OMODE;   /*!< Address offset: 0x04      */

        struct
        {
            ...           
        } OMODE_B;
    };

    union
    {
        __IO uint32_t OSSEL;  /*!< Address offset: 0x08      */

        struct
        {
            ...           
        } OSSEL_B;
    };

    union
    {
        __IO uint32_t PUPD;    /*!< Address offset: 0x0C      */

        struct
        {
            ...           
        } PUPD_B;
    };

    union
    {
        __IO uint32_t IDATA;      /*!< Address offset: 0x10      */

        struct
        {
            ...           
        } IDATA_B;
    };

    union
    {
        __IO uint32_t ODATA;      /*!< Address offset: 0x14      */

        struct
        {
            __IO uint32_t ODATA0                  : 1;
            __IO uint32_t ODATA1                  : 1;
            __IO uint32_t ODATA2                  : 1;
            __IO uint32_t ODATA3                  : 1;
            __IO uint32_t ODATA4                  : 1;
            __IO uint32_t ODATA5                  : 1;
            __IO uint32_t ODATA6                  : 1;
            __IO uint32_t ODATA7                  : 1;
            __IO uint32_t ODATA8                  : 1;
            __IO uint32_t ODATA9                  : 1;
            __IO uint32_t ODATA10                 : 1;
            __IO uint32_t ODATA11                 : 1;
            __IO uint32_t ODATA12                 : 1;
            __IO uint32_t ODATA13                 : 1;
            __IO uint32_t ODATA14                 : 1;
            __IO uint32_t ODATA15                 : 1;
            __IO uint32_t RESERVED              : 16;
        } ODATA_B;
    };
    ......
    ......
    ......
} GPIO_T;

/** 操作GPIOC数据输出寄存器*/
GPIOC->ODATA_B.ODATA0 = 0;

> 注意Cortex-M4默认小端模式。




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一个人破| | 2022-4-15 10:19 | 显示全部楼层
为什么你的帖子能这么好看。啊 不对,帖子内容好棒!成功获取我的赞

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susutata|  楼主 | 2022-4-20 15:07 | 显示全部楼层
廖为情 发表于 2022-4-19 10:13
进口国产MCU代理,有技术支持,需要了解加微信,L18121451280 廖**

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kai迪皮| | 2022-5-27 14:14 | 显示全部楼层
干货满满,感谢分享。

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